通风机性能参数及工作原理

离心通风机的工作原理
气体在离心通风机中的流动先为轴向， 后转变为垂直于通风机轴的径向运动， 当气体通过旋转叶轮的叶道间，由于叶 片的作用，气体获得能量，即气体压力 提高和动能增加。 当气体获得的能量足以克服其阻力时， 则可将气体输送到高处或远处。
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离心式通风机按其叶片出口角(叶片出口速度 方向与叶轮圆周速度反方向之夹角)不同，分 为前向式(β2＞90°)、径向式(β2=90°)、后 向式（β2＜90°）三种，如图6-2所示。 β
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通风机的特性曲线一般有三条，
– 即风压与风量(P—Q)特性曲线 – 功率与风量(N—Q)特性曲线 – 效率与风量(η—Q)特性曲线。
从理论上分析，风机特性曲线是利用风机的基 本方程式计算而得到，但由于计算方法比较复 杂和风流在每台通风机内部的能量损失无法计 算，故不易得到切合实际的特性曲线. 在实际应用中，都采取实验方法测得数据，经 整理后绘制特性曲线。
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6．1 通风机的工作原理和分类
6．1．1 离心式通风机的工作原理
离心式通风机的主要结构部件为叶轮、机壳、 进气口、出气口，如图6-1所示。 叶轮安装在蜗壳4内， 当叶轮旋转时，气体经过 进气口2轴向吸入，然后 气体约转90°流经叶轮叶 片构成的流道间，而蜗壳 将叶轮甩出的气体集中、 图6-1 离心通风机简图 导流，从通风机出口6或 1－进气室，2－进气口，3－叶轮，4－蜗壳 5－主轴，6出气口，7－出口扩散器 4 出口扩散器7排出。
–防腐风机可采用不锈钢制作。有些风机在叶
轮、机壳或其他与腐蚀性气体接触的零部件 表面，喷镀一层塑料，或涂一层橡胶，或刷 多遍防腐漆，以达到防腐目的。另外，用过 氯乙烯，酚醛树脂、聚氯乙烯和聚乙烯等有 机材料制作的风机（即塑料风机、玻璃钢风 机）质量轻、强度大，防腐能力强。但是， 刚度差、易开裂。圆周速度应低于钢制风机。
第六章
通 风 机
6．1 通风机的工作原理和分类 6．2 通风机的性能参数与曲线 6．3 通风机的相似理论 6．4 通风机在管网中的工作及调节 6．5 通风机的命名和选择
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6．1 通风机的工作原理和分类
通风机与透平鼓风机、透平压缩机一样，是叶 片式气体压缩和输送机械，它们统称为风机。 通风机与透平鼓风机、透平压缩机之间的界限， 是以全压P来区分的。
ηj——通风机机械传动效率， m——电动机容量安全系数
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表6-2 通风机的机械传动效率 传动方式 电动机直接传动 联轴器直接传动 减速器传动 皮带传动 机械传动效率ηj 1.0 0.98 0.95 0.92
表6-3 电动机容量安全系数 电动机功率(kW) <0.5 0.5～1 1～2 2～5 >5 电动机容量安全系数m 1.5 1.4 1.3 1.2 1.15
压力系数P
P P= 2 ρ g u2
Q=
风量系数Q
π
4
Q
2 D2 u2
功率系数N
N=
π
1000 N
2 2 D2 ρ g u2
4
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6．3．2
通风机的无因次特性曲线 也称类型特性曲线) (也称类型特性曲线)
由于同一类型的风机， 其相对应的工况点的无 因次参数Q、P、N和η都 相同，所以一组无因此 特性曲线代表了同一类 型的通风机在不同机号、 不同转速下的全部性能， 其应用范围比有因次特 性曲线要广的多。
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图6-4 通风机的风压特性曲线
从图中可知：曲线a、b、c、d的形状不 同，各有特点，它们分别和速度特性曲 线e、f、g、i之间的影线表示不同风量 下所损失的风压。
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a曲线比较稳定，即风量变化时风压变化比较均匀，可 使效率提高，故离心式通风机使用后倾式叶片；径向 式叶片容易制作，多用于离心式小型通风机； c曲线表示风量变化时风压变化不均匀，但在某一风量 下风压较高，故非矿用高压鼓风机多用前倾式叶片； d曲线为轴流式通风机风压特性曲线的一般形式，具 有一段马鞍形(又叫驼峰)曲线的特点。 27
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在目前风机生产中，大型的离心式通风 机，为了增加效率和降低噪声，几乎都 采用后向式叶轮。 而一些中小型风机，特别对风压要求较 高时，则采用前向式叶轮； 从防磨损和减少积尘角度看，选用径向 式叶轮较为有利。
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6．1．2 轴流式通风机的工作原理
空气沿轴向流动的通风机称为轴流式通风机。 一般通风机的结构如图6-3所示，主要由集风 器、叶轮、导叶和扩散器等组成。叶轮安装在 圆筒形机壳中，电动机与叶轮直接联接。
通风机的功率和效率特性曲线也要通过实验求 得。
图6-5离心式通风机特性曲线
图6-6 轴流式通风机特性曲线
为避免电流过大而烧毁电机： 离心式通风机启动时，应关闭阀门在风量最小时启动。 轴流式通风机启动时，应打开阀门在风量最大时启动
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6．2．3 通风机特性曲线的合理工况范围
为使通风机运转稳定，实际应用的风压不能超 过最大风压的0.9倍； 对轴流式通风机不允许工况点落在马鞍形区域 内，为了运转经济，通风机的静压效率不应低 于0.6。 由于受到动轮和叶片等部件的结构强度所限， 通风机动轮的转数不能超过它的额定转数。 轴流式通风机除转数有限制外，最大的叶片安 装角θ为45°。超过最大的θ°角，运转就不 稳定。 29
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几种不同叶片型式的叶轮性能比较： 几种不同叶片型式的叶轮性能比较：
① 从气体获得压力看，前向式叶轮最大，径 向式叶轮稍次，后向式叶轮最小。 ② 从效率观点看，后向式叶轮效率最大，径 向式叶轮居中，前向式叶轮效率最低。 ③ 从结构尺寸看，当风量和转速一定时，在 达到相同的风压前提下，前向式叶轮直径最小， 径向式叶轮直径次之，后向式叶轮直径最大。 ④ 从风机噪声方面看，前向式叶轮噪声最大， 径向式叶轮适中，后向式叶轮的噪声较小。
– 在设计条件下(一般指标准工况)， – 通风机：全压P＜1.47×105Pa； – 透平鼓风机：全压P为1.47×105Pa≤P≤3.0×105Pa； – 透平压缩机：全压P＞3.0×105Pa。
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风机是各工矿企业普遍使用的设备之一，特别 是通风机的应用更为广泛。 锅炉鼓风、消烟除尘、通风冷却都离不开通风 机。在通风除尘、电站、矿井、环境工程等来 说，通风机是一种不可缺少的动力设备。 通风除尘系统的阻力是靠通风机所产生的风压 来克服，并为系统提供所需风量。 通风机根据其作用原理的不同，一般可分为离 心式、轴流式两类。离心式通风机用在压力较 高的条件下输送气体，而轴流式通风机则在压 力较小的条件下输送比较大量的气体。
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6．3．1 通风机的主要无因次参数
将通风机的主要性能参数：风量Q(m3/s)、 风压 P(Pa)、功率 N(kW)、转速 n(r/min) 与通风机的特性值：叶轮外径 D2(m)、叶 轮外缘的圆周速度 u2(m/s)以及气体密度 ρg(kg/m3)之间的关系用无因此参数来表 示，它们分别是：
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又称流量。通常指的是工作状态下的气体量(m3/h或 m3/s)，而在风机铭牌上有时标出的是标准状态下的 风量(Nm3/h或Nm3/s)。
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（2）风压 通风机出口气体全压与进口气体全压之差(或 进、出口全压绝对值之和)称为风机的风压， 也就是气体进入风机后所升高的压力，其单位 为Pa。 （3）功率 通风机在单位时间内传递给气体的能量称为风 机的有效功率Ne，可用下式表示
图6-3 轴流通风机结构简图 １－集风器，２－叶轮，３－导叶，4－扩散
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轴流式通风机的工作原理： 由于风机叶轮的叶片具有一定的斜面形 状，当叶轮在机壳中高速转动时，使叶 轮周围气体一面随叶轮旋转；一面沿轴 向推进，气体在通过叶轮时获得能量， 压力升高，进入扩散管后一部分轴向气 流的动能转变为静压能，最后以一定的 压力从扩散管流出。
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表6-1 不同用途风机的分类
代 号 用 途 汉字 排尘风机 输送煤粉 防腐蚀
工业炉吹风
Байду номын сангаас
代 号 用 途
汉语 拼音 CHEN MEI FU LU WEN BAO
简写 C M F L W B 矿井通风
电站锅炉引风
汉字
汉语 拼音 KUANG YIN GUO LENG TONG TE
简写 K Y G L T E
排尘 煤粉 防腐
工业炉
电站通风
冷却塔通风
一般通风换气
耐高温 防爆炸
耐温 防爆
特殊风机
矿井 引风 锅炉 冷却 通风 特殊
接风面名称
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6 ．2
通风机的性能参数与曲线
6．2．1 通风机的性能参数
– 风量Q、风压P、转速n、功率N及效率η是表示通风
机性能的主要参数。
（1）风量
– 通风机在单位时间内所输送的气体体积称为风量，
6 ．3
通风机的相似理论
对于通风机，相似理论的应用是非常重要的， 特别是应用于通风机的相似设计和其性能参数 的相似换算。 所谓相似设计，即根据试验研究出来的性能良 好、运行可靠的模型风机来设计与模型相似的 新通风机。 性能相似换算是用于试验条件不同于设计条件 时，将试验条件下的性能参数利用相似原理换 算到设计和实际使用条件下的性能参数。
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轴流式通风机一般采用电动机直接传动 的传动方式， 有些大型的轴流式通风机也可将电动机 安装在机壳的外面， 采取皮带轮或联轴器传动的方式，且其 叶轮的排风侧有的设有固定导叶，可将 一部分偏转气流转变为静压能，有助于 气流的扩散。
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轴流式通风机的叶片有各种各样型式， 有板型、机翼型等等。 叶片从根部到叶稍常采用扭曲形的。 有些叶轮的叶片安装角是可以调整的， 通过调整叶片安装角可以改变风机的性 能参数。
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有效功率
QP , kW Ne = 1000
实际上，由于通风机运转时轴承内部有摩擦损失以及气体在 风机内流动时产生的涡流撞击和流动损失，使通风机消耗在 风机轴上的功率(轴功率)N要大于有效功率Ne。